Износостойкий белый чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХСПУБЛИН ЯО 1600 4 С 22 С 37/10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Горьковский автомобильный завод (72) М.П.Шебатинов, И,В.Красильников П.П.Сбитнев и А.А.Колпаков (53) 669.15-196(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР У 259390, кл. С 22 С 37/06, 1967.Шебатинов М.П. и др. Износостойкий белый чугун для сменных деталей очистного оборудования. - Литейное производство, 1985, У 2, с, 7-8. (54) ИЗНОСОСТОЙКИЙ БЕЛЫЙ ЧУГУН (57) Изобретение относится к разработке составов износостойкого белого чугуна. Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении, ударной вязкости и абразивной стойкости. Чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас,7.: С 2,4-3,2; 81 0,2-1,0; Мп 0,2-0,8; Сг 12-20; Ч 1-4; Сц 0,5-2,4; Т 1 0,1- 0,4; Се 0,03-0,08; А 1 0,1-1,0; В 0,005-0,08; М 0,01-0,08 и Ре остальное. Дополнительный ввод в состав чугуна алюминия, бора и азота обеспе чивает повышение б с 590 до 603 Ь680 МПа улучшение ударной вязкости а с 0,3 до 0,8-1,4 кгс м/см 2 и увелйчение абразивной стойкости с 130 до 140-220 ч. 2 табл.ганца выше верхнего предела падаеттвердость не только в литом состоянии, нои после термической обработки за счет повышенного содержанияостаточного аустенита, Хотя это иприводит к увеличению вязкости материала, однако стойкость, как основное свойство, существенно снижается.Для обеспечения высокой стойкостичугуна к воздействию абразивного износа его легируют большим количеством хрома и ванадия. Комплексное легирование чугуна этими элементамив определенном соотношении позволяетполучить оптимальную мартенситнокарбидную структуру после термообработки с равномерным распределением.твердых и стойких к воздействию температур карбидов хрома (Сг,С ) иванадия (ЧС),Присадка этих элементов меньшенижнего предела (каждого в отдельности) приводит к изменению структуры,т,е. к резкому уменьшению карбидов Изобретение относится к метаплургии, в частности к разработк составов белого чугуна для отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа.Цель изобретения - повышение предела прочности при растяжении, ударной вязкости и абразивной стойкости в термообработанном состоянии,Содержание углерода и кремния в указанных пределах обеспечивает получение равномерной структуры с оптимальным содержанием в ней наиболее твердых и теплостойких карбидов, обеспечивающих высокую стойкость получаемой детали, а также позволяет получать необходимую прочность и вязкость.Уменьшение количества углерода и кремния меньше нижнего предела приводит к увеличению вязкости и уменьшению твердости (НКС) не только в литам состоянии, но и после термообработки, а следовательно, к снижению стойкости, Повышение их выше верхнего предела приводит к резкому спаду износостойкости за счет образования в структуре чугуна крупных эвтектических карбидов, а также легированного цемента Ие,С.Содержание марганца меньше нижнего предела при охлаждении отливки способствует образованию в структуре чугуна перлита, При содержании мар 5 10 15 20 25 30 35 и изменению их химического состава. В результате стойкость чугуна к абразивному изнашиванию и ударным нагрузкам резко падает. При содержании хрома выше 20 мас.7 в структуре чугуна образуется эвтектика на основе карбида, уступающего по твердости и теплостойкости карбиду Сг С . Одно 7 3 временно чугун приобретает склонность к трещинообразованию в литом состоянии и в процессе термической обработки. Присадка ванадия выше верхнего предела (совместно с Сг) приводит к образованию тройной эвтектики (типа А+ЧС+Сг С ) в литом состоянии.2 з бПричем карбид хрома содержит и другие легирующие элементы, например Ре и Мп, которые уменьшают его твердость и стойкость к воздействию абразивного износа, В результате резко падает стойкость деталей из чугуна с высоким содержанием хрома и ванадияЛегирование чугуна медью приводит к получению однородной структуры и повышению теплопроводности, что непосредственно связано с увеличением износостойкости, Содержание меди меньше нижнего предела не оказывает влияния на изменение структуры, а следовательно, и на свойства хромистого чугуна. Присадка этого элемента выше верхнего предела нецелесообразна, поскольку содержание меди более 2,5 мас.% при таком химическом составе чугуна, оказывая воздействие на стабилизацию аустенита,резко увеличивает его остаточное содержание после закалки, что снижает твердость и износостойкость.Присадка бора увеличивает прокаливаемость, стабилизирует карбиды, а также образует мелкодисперсные карбиды в процессе кристаллизации, способствуя тем самым формированию мелкодисперсной структуры чугуна. Содержание бора меньше нижнего предела не оказывает существенного влияния на структуру хромистого чугуна, а выше верхнего вызывает образование термических трещин, что приводит к резкому снижению стойкости детали.Присадка алюминия и титана приводит к раскислению жидкого чугуна, образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов, улучшению свойств расплава и изменению условий кристаллизации.В итоге стабилизируются свойства чуЧугун Предлагаемый1 2,4 0,2 0,2 18,0 1,0 0,5 0,005 0,05 0,07 0,005 0,01 2 2,4 0,2 0,2 16,0 1,0 0,5 0,005 0,10 0,1 0,01 0,03 гуна и повышается стойкость противмеханических и тепловых воздействий,а следовательно, и износостойкость.В частности, введение алюминия, кромераскисления, приводит к связыванию 5серы и азота в тугоплавкие мелкодисперсные сульфиды и нитриды, а такжек замещению углерода в твердом растворе, увеличивая стойкость матрицык колебанию высоких температур.Содержание алюминия меньше нижнего предела не приводит к изменению расплава,а при содержании выше верхнего предела происходит загрязнение металланеметаллическими включениями, проявляется склонность к возцействию нараспад карбидов хрома и снижаются литейные свойства,Легирование чугуна титаном в количестве меньше нижнего предела приводит к образованию разветвленных первичных карбидов в виде дендритов,способствующих снижению абразивнойстойкости, При содержании этого элемента выше верхнего предела создают 25ся большие технологические трудностипри получении годных отливок. Одновременно формируются крупные нитридытитана резко ограненной формы,чтовызывает охрупчивание металла.Однако, как установлено экспериментально,.содержание титана 0,1 -0,4 мас./ обеспечивает высокую прочность ( б ) и износостойкость чугуназа счет образования нитридов и карбидов, а также за счет легирования металлической основы. Присадка в чугун0,01-0,08 мас.7. азота обеспечиваетпри данных концентрациях титана резкое увеличение стойкости структуры 40к воздействию высоких температур,т.е.повышаются статистическая прочность,нием стойкости чугуна к абразивномувоздействию.Содержание азота меньше нижнегопредела не обеспечивает повышениесвойств легированного чугуна, а выше верхнего прецела приводит кохрупчиванию, а следовательно, к увеличению ударно в абразивно износа,Для рафинирования расплава от примесей, связывания их в неметаллические включения округлой формы, удаления из жидкого чугуна и увеличениятвердости в процессе закалки и равномерности ее по толщине стенки отливки, а также для снижения хрупкости чугуна за счет очищения границзерен при кристаллизации от неметаллических включений вводится церий.При исследовании поверхности разрушения удалось установить, что неметаллические включения на основе церия, имея размер менее. 1 мкм округлой формы, оказывают непосредственное воздействие на кристаллизациюрасплава, уменьшая размер первичногозерна.Введение церия меньше нижнегопредела недостаточно эффективно, авыше верхнего предела приводит к появлению в металлической основе интерметаллических фаз, располагающихсяпо границам фаз что приводит к охрупчиванию.Детали, отлитые из предлагаемогочугуна, не склонны к трещинообразованию за счет возможности полученияоптимальной мартенситно-карбиднойструктуры после термообработки с равномерным распределением твердых истойких к воздействию температур карбидов хрома (Сг,С ) и ванадия (МС),Составы предлагаемого чугуна и егосвойства по сравнению с известНымприведены в табл. 1 и 2,281600 Продолжение табл. Чугун Содержание химических элементов) мас.7Я Ип Сг 7 Сн В А 1 Т С ы се2,6 0,4 0,5 12,0 3,0 1,2 0,03 0,50 0,2 0,03 0,05 2,9 0,6 О,б 14,0 2,5 1,8 0,05 0,40 0,3 0,05 0,06 3,2 1,0 0,8 20,0 4,0 2,4 0,08 1,0 0,4 0,08 0,08 3,2 1,0 0,8 20,0 4,0 2,4 0,08 1,2 0,6 0,10 0)10 Известный 7 2,60,5 1, 2 12,0 1, О 0,5 -- О, 5 - 0,06 Таблица 2 Сплав Предел статической прочности бИПа Ударная вязкость после термообработки а) кгс м/см СТОЙКОСТЬ) Ч Литое состояние После термо- обработки Предлагаемый1 0,57 60 98 1,2 140 1,4 105 200 120 1,О 220 140 0,8 190 100 0,61 90 Известный7 0,63 590 730 Формула изобретения Углерод Кремний 2,4-3,2 0,2-1,0 506,0 603,0 645,0 680,0 628,0 559,0 Как следует из табл. 2, дополнительный ввод в состав чугуна алюминия, бора и азота способствует повышению предела прочности, ударной вязкости и абразивной стойкости,Износостойкий белый чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, медь, титан, церий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения предела прочности при растяжении, ударной вязкости и абразивной стойкости в термообработанном состоянии, он дополнительно содержит алюминий, бор и азот при следующем соотношении компонентов, мас.Е;1281600. Составитель М.КосторнойТехред А.Кравчук Корректор Л,Патай Редактор В,Петраш Заказ 7217/21 Тираж 6 С 4 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5